家用稳压充电器设计

2016-10-25董国泰,袁小华,徐玉婷等

中国科技信息 2016年19期

家用稳压充电器设计

充电器设计思路

充电器设计分为两个模块变压整流模块和充电管理模块，其中变压整流模块中以模仿家庭用电高峰期不稳定性的特点，假设取电电压为180V到220V之间的交流高频谐波电压，将其电压通过SVPWM整流器进行AC-DC及降压转换，得到22V左右的直流电压，由于受到高低次谐波影响的原因，实际的电压在22V以上，为了得到稳定的直流电压，需再经过滤波器和稳压器使其电压稳定在18V到22V之间。然后稳定的电压进入充电管理模块，电压接入UC3906芯片，利用UC3906的智能调节功能给予蓄电池稳定的充电模式。

元器件介绍

LDC线性稳压器

LDC线性稳压器是一种步降式DC-DC变换器LDO线性稳压器的精度受误差放大器提供参考电压VREF带隙基准电压源的精度的直接影响，为了使VOUT稳定输出，需要用放大器EA通过VBF与VREF的比较值得出功率管栅极的误差电压值而对功率管的导通电流值进行调整而确定。反馈网络的功能的原理是获取LDO线性稳压器的输出电压样本。此时，误差放大器的参考电压与输入端的反馈电压比较，其结构是由RF1，RF2组成；功率管的主要作用是输入向负载提供大电流的通道。

在图1中，反馈网络RF2的分压与输出电压VOUT同步，其分压VBF与误差放大器同相输入端相连，其中输出电压VOUT的调整由稳压器的智能化完成，当VOUT降低时，与其同相连接的RF2分压反馈到误差放大器进行比较，差值减小，则调整功率管，使输出电流增加并对CL充电，使VOUT升高，反之如此。所以LDO线性稳压器总是处于深度负反馈状态，具有连续校正功能，总能得到稳定的输出电压。

图1 LDC线性稳压器

UC3906

美国公司TI生产的UC3906芯片，专用于蓄电池充电管理，它的电流为1.7mA，可以提供三种充电状态，分别为大电流恒流充电状态，高电压过充电状态和低电压浮充电状态。

其整体的结构是电路，其中限流模块，电流检测模块，参考电压具有温度补偿的模块，电压检测模块为模拟电路，RS触发器，补偿元件，充电电流检测放大器为数字电路等等。电池的充电状态是由电流电压检测比较器来完成，同时在状态逻辑电路中，控制输入信号，25mA输出可使驱动器直接驱动外部串联的调整管，从而使电压和电流的输出得以控制，而驱动器的调整则是由独立电压控制回路和限电流放大器来完成。UC3906其内部的精确基准电压与温度变化保持一致，其温度与蓄电池电压的温度同步。

图2 为UC3906的内部结构图

图3 整流滤波电路

图4 整流器矢量图

图5 充电器UC3906外围电路

充电器电路设计

整流滤波电路

如图电路3所示，其中T1到T6为整流器SVPWM整流器的功率开关，交流侧电感L主要作用是限制开关器件所产生的高次谐波，控制大小幅度目的是以适应用电要求，其中过大则影响电源电流跟踪指令的速度和系统的负载能力，过小则会增加在电源电流中高次谐波的含量，滤波电路具有每10倍频程-60dB的衰减速度，同时对不稳定的频率谐波有抑制作用。

比较“等量”变换的定则，原理是坐标变换，是通过在abc坐标系中的矢量与变换后的dq坐标系的矢量相等的条件。关于三相电路，有功分量是轴分量，而无功分量则用q轴以表示。其中，S在dq坐标系上的有功分量和无功分量用开关函数Sd和Sq表示。在两相同步旋转坐标系下关于三相电压型全控整流器的模型下，通过计算可得数学模型如下：

同时，此电路具有双向导通能力，具有功率因数为1和-1的两种运行状态，功率因数为1时为正电阻特性，吸收能量，为-1时，则是负电阻特性，释放能量，这就是电路的显著特点，能量的双向传输。

UC3906外围设计

根据前面介绍的UC3906的工作原理，通过证明可行性，设计铅酸蓄电池12V、25AH实例，关于电路示意图为图5。输入、过充、浮充、过充转换、浮充转换电压和最大电流，过充终止电流分别为UIN=18V，UOC=15V，UF=14.5V，U12=14.25V， U13=11.7V，Imax=2.5A，IOC=0.25A。

正常一般都在蓄电池上接充电器，将一个二极管串联在输出端和调整管之间，其目的是控制蓄电池电流会流入充电器。同样的，包括避免中断输入电源后， R1、R2、R3会在外电路会使蓄电池进行放电，此时通过电源指示晶体管的脚7与R3串联接地，警示放电情况。接入电压使Q1闭合，此时电池两端电压升高，电流固定为2.5A。当电压升至到14.25V时，电流将从2.5A开始下降。电池此时的状态叫过充。当过充电终止电流IOCT高于充电电流时，芯片的脚10输出高电平，但比较器LM339会输出低电平，浮充状态将会自行进入蓄电池进行充电。检测蓄电池的电充满了，发光管指示会亮。